EP1053552A1 - Magnetic film and a method for the production thereof - Google Patents

Magnetic film and a method for the production thereof

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EP1053552A1
EP1053552A1 EP99907508A EP99907508A EP1053552A1 EP 1053552 A1 EP1053552 A1 EP 1053552A1 EP 99907508 A EP99907508 A EP 99907508A EP 99907508 A EP99907508 A EP 99907508A EP 1053552 A1 EP1053552 A1 EP 1053552A1
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EP
European Patent Office
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film
hard magnetic
magnetic powder
magnetic
dispersion
Prior art date
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EP99907508A
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German (de)
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EP1053552B1 (en
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Sergej Antochin
Wilhelm Fernengel
Matthias Katter
Werner Rodewald
Boris Wall
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Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Lofo High Tech Film GmbH
Original Assignee
Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Lofo High Tech Film GmbH
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Publication date
Application filed by Vacuumschmelze GmbH and Co KG, Lofo High Tech Film GmbH filed Critical Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Publication of EP1053552A1 publication Critical patent/EP1053552A1/en
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Publication of EP1053552B1 publication Critical patent/EP1053552B1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/16—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates the magnetic material being applied in the form of particles, e.g. by serigraphy, to form thick magnetic films or precursors therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/0027—Thick magnetic films

Definitions

  • the invention relates to a hard magnetic film based on polymer, in particular for use in electric motors or for sensor applications, and to a method for the production thereof.
  • the object of the present invention was therefore to provide a flexible, hard magnetic material of small thickness and an economical process for its production.
  • this object is achieved by the film according to claim 1 and the manufacturing method according to claim 9.
  • carrier-free means here that the finished foils do not - like, for example, the foils known as magnetic tapes or "floppy disks" - consist of a non-magnetic carrier and a magnetizable one or both sides. 2-sided coating are built up, but consist of a single continuous magnetic or magnetizable layer.
  • the hard magnetic powder expediently has an average particle size of less than 100 ⁇ m, preferably one of less than 20 ⁇ m.
  • the films according to the invention advantageously have a thickness of 50 to 2000 ⁇ m, preferably that of 100 to 500 ⁇ m.
  • the volume fraction of the hard magnetic powder in the magnetic film according to the invention can be adjusted as required. It is preferably at least 50%, particularly preferably at least 60%. It is possible to keep the polymer content so low that the polymer practically only fills the gaps in an approximately tight packing of the powder particles.
  • the foils according to the invention preferably contain one or more rare earth alloy (s) as hard magnetic powder.
  • rare earth alloy s
  • other hard magnetic materials such as Al-Ni-Co or Cr-Fe-Co alloys or ferrites.
  • Rare earth alloys which can be described by the general formulas SECo 5 , (SE) 2 (Co, Fe, Cu, Zr) 17 or (SE) 2 Fe 14 B are particularly preferred.
  • SE means an element from the group consisting of yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium and lutetium or a mixture of several of these elements.
  • the compositions Sm 2 (Co, Fe, Cu, Zr) 17 and (Pr, Nd, Dy) Fe 14 B are very particularly preferred. Alloys of these types are, for example, under the brands VACOMAX ® and VACODYM ® from Vacuumschmelze GmbH or available under the MAGNEQUENCH ® brand from Magnequench Inc.
  • the polymer matrix can basically consist of any polymer that is soluble or dispersible in volatile solvents. However, it is also possible to use polymers which are suitably made in thin form from low-viscosity monomers or oligomers 3
  • Soluble thermoplastic materials are preferably used, in particular soluble polyvinylidene fluoride.
  • non-thermoplastic materials such as, for example, one-component polyurethane dispersions.
  • the hard magnetic powder particles can be randomly arranged (isotropically) or, if they have an inherent anisotropy, optionally aligned. They are preferably aligned parallel or perpendicular to the film surface.
  • the magnetic remanence of the magnetic foils according to the invention is determined by the type and packing density of the hard magnetic powder particles and is preferably 0.2 to 0.8 Tesla.
  • the magnetic foils according to the invention can be produced, for example, by (i) dispersing a powder of a hard magnetic material in a solution or dispersion of a polymer material in a volatile solvent, (ii) pouring the dispersion thus obtained as a film of defined thickness onto a rotating casting belt, ( iii) the solvent evaporates and (iv) the film thus formed is pulled off the casting belt.
  • the magnetization of the film can take place after the evaporation of the solvent or at a later point in time (e.g. after assembly), an isotropic magnetic film being obtained because of the incorporation of the magnetic particles in the polymer matrix.
  • Orientation prior to solidification of the cast film is particularly preferred. Particles made of an anisotropic material can align themselves in the external magnetic field, so that an anisotropic magnetic film is obtained. 4
  • the magnetization and optionally alignment can preferably be carried out by means of a pulsed magnetic field.
  • a pulsed magnetic field As a result, high field strengths can be achieved with low energy consumption using electromagnets.
  • Hard magnetic powder particles that are particularly easy to orientate can also be oriented in the air gap of a suitable permanent magnet yoke.
  • a rare earth alloy is preferably used as the hard magnetic powder.
  • Soluble polyvinylidene fluoride (copolymer) is preferably used as the polymer material.
  • a preferred volatile solvent for soluble polyvinylidene fluoride (copolymer) is acetone.
  • the continuous casting belt is preferably made of matt stainless steel.
  • the actual pouring device comprises a temperature-controllable storage container 1 with a stirring device for the pouring solution or dispersion, a controllable feed pump 2, a filter device 3 for separating agglomerates and the pourer 4.
  • the pouring solution or dispersion is poured onto an endless pouring belt 5, which revolves over rollers 6, 7 and is heated indirectly by heating elements 8.
  • the casting belt is driven via one of the rollers, which is provided with a speed-controlled drive 16.
  • the magnetic film can optionally be subjected to post-drying in a drying section 12 before being wound up on a winding mandrel 13, the film advantageously from a carrier web 14 is supported.
  • the carrier web can optionally also serve as a separating film and can be applied together with the magnetic film. 5 can be wrapped (not shown).
  • an electromagnet or permanent magnet yoke 17 is advantageously mounted at a short distance above the casting belt.
  • the entire pouring and drying device is advantageously surrounded by a housing 15, which reduces heat losses and, in combination with a suction and filter device, prevents the load on the production rooms from solvent vapors.
  • Gear pumps or peristaltic pumps, for example, can be used as feed pumps 2.
  • the pourer 4 can be designed both as a die-casting machine, in which the casting solution is supplied directly to the casting gap by the feed pump 2 with increased pressure, and also as an open stripper, which works solely with hydrostatic pressure. In both cases, the pressure or the fill level is advantageously kept constant by appropriate control of the pump output.
  • the film thickness is essentially determined by the width of the casting gap between the caster 4 and the casting belt 5.
  • the heating devices 8 preferably supply the heat as radiant heat. Warm air is advantageously supplied to support the drying process and to remove the solvent vapors. It is also possible to transfer the heat to the casting belt, for example via heated rollers, or to heat it by direct current passage or inductively. Finally, the cast film can also be heated by microwave energy.
  • the casting device can be provided with one or more cooling devices 9. These can be designed, for example, as coolable drums or rollers, over which the casting belt 5 is guided, so that the cooling takes place indirectly.
  • devices for direct cooling of the film are also possible, for example in the form of suitably arranged nozzles for inflating cold air or other cooling media. A combination of both measures is of course also possible.
  • the removal device 10 is expediently designed such that no excessive pull is exerted on the film, which could lead to undesired stretching or even tearing of the film.
  • the removal device advantageously consists of a roller or 6 a pair of rollers which exerts a controlled tensile stress on the film and is preferably arranged in such a way that a take-off angle of 15 ° to 45 ° results.
  • a cutting and stacking device can alternatively be provided in order to deposit the film as a stack of sheets.
  • the total solids content of the casting solution thus obtained was 78.3% by mass, the volume fraction of the magnetic powder after drying was approx. 63%>.
  • a film with a thickness of 120-140 ⁇ m was produced using the casting device described above.
  • the film thus obtained had a density of 2.9-3.3 g / cm 3 .
  • films with a thickness of 220-230 ⁇ m and a thickness of 230-235 ⁇ m with densities of 3.6-3.7 g / cm 3 and 4.0-4.1 g / cm 3 were also obtained - poses.
  • the foils had a remanence of 0.2-0.29 T with a coercive field strength of
  • the procedure was as described in Example 1, but an NdFeB magnet powder was used instead of the Sm 2 (Co, Cu, Fe, Zr) 17 magnet powder.
  • the magnetic film thus obtained had a thickness of 315 ⁇ m, a density of 4.11 g / cm 3 and a remanence of 0.35 T with a coercive field strength of 11.4 kOe.
  • the demagnetization curve of this film is shown in Figure 3.
  • Example 2 The procedure was as in Example 2 except that an anisotropic NdFeB magnet powder of the type Magnequench MQP-T ® was used, and the film exposed after 0.5 min drying time, a magnetic field of 2.4-2.9 kOe parallel to the surface, so that could align the powder particles in the not yet solidified film.
  • the finished anisotropic film had a thickness of 333 ⁇ m, a density of 4.0 g / cm 3 , a remanence of 0.505 T parallel to the surface and a coercive field strength of 11.5 kOe.
  • the demagnetization curve of this film is shown in Figure 4.
  • Example 2 Magnetic powder: VACOMAX ® 240
  • the procedure was analogous to Example 1 (magnetic powder: VACOMAX ® 240), but after 0.5 min drying time the film was exposed to external magnetic fields pulsed to align the anisotropic powder particles parallel to the surface.
  • the field strength was varied between 15 kOe (12 kA / cm) and 45 kOe (36 kA / cm).
  • the demagnetization curves of the anisotropic magnetic foils thus obtained are shown in Figure 5 together with that of a corresponding isotropic foil. It can be seen that the remanence increases parallel to the surface from 0.26 T for the isotropic film to 0.46 T after alignment at 45 kOe.
  • the corresponding values after alignment at 15 kOe, 20 kOe and 30 kOe are 0.37 T, 0.41 T and 0.43 T.
  • Degree of orientation f 0 improved from 0.5 for the isotropic magnetic foil to 0.95.
  • the coercive field strength decreases due to the improved orientation from 11.5 kOe for the isotropic magnetic foil to approx. 9 kOe for the anisotropic magnetic foil.

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Abstract

The invention relates to hard magnetic films made of a polymer matrix and hard magnetic powder particles distributed therein. The films have a thickness of preferably 100 to 500 mu m and are flexible. They can be produced by using a casting method and are suited, for example, as hard magnetic components in miniature motors, polarized relays or sensors.

Description

Magnetfolie und Verfahren zu deren HerstellungMagnetic sheet and process for its manufacture
Die Erfindung betrifft eine hartmagnetische Folie auf Polymerbasis, insbesondere zum Einsatz in Elektromotoren oder für Sensoranwendungen, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.The invention relates to a hard magnetic film based on polymer, in particular for use in electric motors or for sensor applications, and to a method for the production thereof.
Aufgrund der fortschreitenden Miniaturisierung in der Elektronik werden in zunehmendem Masse auch besonders kleine oder flache Elektromotoren benötigt. Für diese Motoren, die üblicherweise hartmagnetische Komponenten im Stator oder auch im Rotor enthalten, wer- den naturgemäss auch besonders flache Magnetkomponenten gebraucht. Ebenso besteht ein wachsender Bedarf an besonders flachen Permanentmagneten für Miniatur-Relais und Sensoren, die nach magnetischen Prinzipien arbeiten (z. B. Drehzahl- oder Positionsgeber). Zudem sollten diese Magneten möglichst flexibel sein, um sich gegebenenfalls noch nach der Magnetisierung in die gewünschte Form bringen zu lassen und einen Bruch während der Verarbeitung oder im Betrieb auszuschliessen.Due to the increasing miniaturization in electronics, particularly small or flat electric motors are increasingly required. For these motors, which usually contain hard magnetic components in the stator or also in the rotor, particularly flat magnetic components are naturally also required. There is also a growing need for particularly flat permanent magnets for miniature relays and sensors that work according to magnetic principles (e.g. speed or position sensors). In addition, these magnets should be as flexible as possible so that they can be shaped into the desired shape after magnetization and to prevent breakage during processing or operation.
Nach den für die Herstellung von Dauermagneten aus pulverformigen metallischen oder nichtmetallischen magnetischen Werkstoffen üblicherweise eingesetzten Formgebungs- verfahren ist es jedoch nicht möglich, flächige Gebilde mit einer geringen Dicke von bei- spielsweise 100 μm und hoher Energiedichte auf wirtschaftliche Weise herzustellen.However, according to the shaping processes usually used for the production of permanent magnets from powdered metallic or non-metallic magnetic materials, it is not possible to produce flat structures with a small thickness of, for example, 100 μm and a high energy density in an economical manner.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher, ein flexibles hartmagnetisches Material geringer Dicke sowie ein wirtschaftliches Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen.The object of the present invention was therefore to provide a flexible, hard magnetic material of small thickness and an economical process for its production.
Erfmdungsgemäss wird diese Aufgabe durch die Folie nach Patentanspruch 1 und das Herstellungsverfahren nach Patentanspruch 9 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the film according to claim 1 and the manufacturing method according to claim 9.
Es wurde gefunden, dass es durch Anwendung der Giesstechnik möglich ist, trägerfreie hartmagnetische Folien aus einer Polymermatrix und einem darin verteiltem hartmagne- tischen Pulver herzustellen. Der Begriff „trägerfrei" bedeutet hierbei, dass die fertigen Folien nicht - wie beispielsweise die als Magnetbänder oder „Floppy-Disks" bekannten Folien - aus einem nichtmagnetischen Träger und einer magnetisierbaren ein- oder beid- 2 seitigen Beschichtung aufgebaut sind, sondern aus einer einzigen durchgehend magnetischen bzw. magnetisierbaren Schicht bestehen. Das hartmagnetische Pulver hat dabei zweckmässig eine mittlere Teilchengrösse von weniger als 100 μm, vorzugsweise eine solche von weniger als 20 μm.It was found that by using the casting technique it is possible to produce carrier-free hard magnetic films from a polymer matrix and a hard magnetic powder distributed therein. The term "carrier-free" means here that the finished foils do not - like, for example, the foils known as magnetic tapes or "floppy disks" - consist of a non-magnetic carrier and a magnetizable one or both sides. 2-sided coating are built up, but consist of a single continuous magnetic or magnetizable layer. The hard magnetic powder expediently has an average particle size of less than 100 μm, preferably one of less than 20 μm.
Die erfindungsgemässen Folien haben vorteilhaft eine Dicke von 50 bis 2000 μm, vorzugsweise eine solche von 100 bis 500 μm.The films according to the invention advantageously have a thickness of 50 to 2000 μm, preferably that of 100 to 500 μm.
Der Volumenanteil des hartmagnetischen Pulvers an der erfindungsgemässen Magnetfolie kann je nach Bedarf eingestellt werden. Er beträgt vorzugsweise mindestens 50%, besonders bevorzugt mindestens 60%. Es ist möglich, den Polymeranteil so gering zu halten, dass das Polymer praktisch nur die Lücken einer annähernd dichten Packung der Pulverteilchen ausfüllt.The volume fraction of the hard magnetic powder in the magnetic film according to the invention can be adjusted as required. It is preferably at least 50%, particularly preferably at least 60%. It is possible to keep the polymer content so low that the polymer practically only fills the gaps in an approximately tight packing of the powder particles.
Als hartmagnetisches Pulver enthalten die erfindungsgemässen Folien vorzugsweise eine oder mehrere Seltenerdlegierung(en). Es liegt jedoch ebenfalls im Rahmen der Erfindung, andere hartmagnetische Materialien wie beispielsweise Al-Ni-Co- oder Cr-Fe-Co-Legie- rungen oder Ferrite einzusetzen.The foils according to the invention preferably contain one or more rare earth alloy (s) as hard magnetic powder. However, it is also within the scope of the invention to use other hard magnetic materials such as Al-Ni-Co or Cr-Fe-Co alloys or ferrites.
Besonders bevorzugt sind Seltenerdlegierungen, die sich durch die allgemeinen Formeln SECo5, (SE)2(Co, Fe,Cu,Zr)17 oder (SE)2Fe14B beschreiben lassen. Hierin bedeutet SE ein Element aus der Gruppe bestehend aus Yttrium, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium oder ein Gemisch mehrerer dieser Elemente. Ganz besonders be- vorzugt sind die Zusammensetzungen Sm2(Co, Fe,Cu,Zr)17 und (Pr,Nd,Dy)Fe14B. Legierungen dieser Typen sind beispielsweise unter den Marken VACOMAX® und VACODYM® von der Firma Vacuumschmelze GmbH bzw. unter der Marke MAGNE- QUENCH® von der Firma Magnequench Inc. erhältlich.Rare earth alloys which can be described by the general formulas SECo 5 , (SE) 2 (Co, Fe, Cu, Zr) 17 or (SE) 2 Fe 14 B are particularly preferred. Herein SE means an element from the group consisting of yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium and lutetium or a mixture of several of these elements. The compositions Sm 2 (Co, Fe, Cu, Zr) 17 and (Pr, Nd, Dy) Fe 14 B are very particularly preferred. Alloys of these types are, for example, under the brands VACOMAX ® and VACODYM ® from Vacuumschmelze GmbH or available under the MAGNEQUENCH ® brand from Magnequench Inc.
Die Polymermatrix kann grundsätzlich aus jedem in flüchtigen Lösungsmitteln löslichen oder dispergierbaren Polymeren bestehen. Es ist aber auch möglich Polymere zu verwenden, die aus niedrigviskosen Monomeren oder Oligomeren auf geeignete Weise in dünnen 3The polymer matrix can basically consist of any polymer that is soluble or dispersible in volatile solvents. However, it is also possible to use polymers which are suitably made in thin form from low-viscosity monomers or oligomers 3
Schichten erhältlich sind. In diesen Fällen kann gegebenenfalls bei der Herstellung auf die Verwendung von Lösungsmitteln verzichtet werden. Vorzugsweise werden lösliche thermoplastische Materialien eingesetzt, insbesondere lösliches Polyvinylidenfluorid. Es ist jedoch auch möglich, nicht-thermoplastische Materialien wie beispielsweise Einkompo- nenten-Polyurethandispersionen einzusetzen.Layers are available. In these cases, the use of solvents can optionally be dispensed with during manufacture. Soluble thermoplastic materials are preferably used, in particular soluble polyvinylidene fluoride. However, it is also possible to use non-thermoplastic materials such as, for example, one-component polyurethane dispersions.
Die hartmagnetischen Pulverteilchen können regellos (isotrop) angeordnet oder, wenn sie eine inhärente Anisotropie aufweisen, gegebenenfalls ausgerichtet sein. Vorzugsweise sind sie parallel oder senkrecht zur Folienoberfläche ausgerichtet.The hard magnetic powder particles can be randomly arranged (isotropically) or, if they have an inherent anisotropy, optionally aligned. They are preferably aligned parallel or perpendicular to the film surface.
Die magnetische Remanenz der erfindungsgemässen Magnetfolien wird durch die Art und die Packungsdichte der hartmagnetischen Pulverteilchen bestimmt und beträgt vorzugsweise 0,2 bis 0,8 Tesla.The magnetic remanence of the magnetic foils according to the invention is determined by the type and packing density of the hard magnetic powder particles and is preferably 0.2 to 0.8 Tesla.
Die erfindungsgemässen Magnetfolien können beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass (i) ein Pulver aus einem hartmagnetischen Material in einer Lösung oder Dispersion eines Polymermaterials in einem flüchtigen Lösungsmittel dispergiert, (ii) die so erhaltene Dispersion als Film definierter Dicke auf ein umlaufendes Giessband gegossen, (iii) das Lösungsmittel verdampft und (iv) die so gebildete Folie vom Giessband abgezogen wird. Die Magnetisierung der Folie kann nach dem Verdampfen des Lösungsmittels oder zu einem späteren Zeitpunkt (z. B. nach der Konfektionierung) erfolgen, wobei wegen der Einbindung der Magnetpartikel in die Polymermatrix eine isotrope Magnetfolie erhalten wird.The magnetic foils according to the invention can be produced, for example, by (i) dispersing a powder of a hard magnetic material in a solution or dispersion of a polymer material in a volatile solvent, (ii) pouring the dispersion thus obtained as a film of defined thickness onto a rotating casting belt, ( iii) the solvent evaporates and (iv) the film thus formed is pulled off the casting belt. The magnetization of the film can take place after the evaporation of the solvent or at a later point in time (e.g. after assembly), an isotropic magnetic film being obtained because of the incorporation of the magnetic particles in the polymer matrix.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahren erfolgt dieIn a preferred embodiment of the method according to the invention, the
Orientierung der hartmagnetischen Pulverteilchen durch ein externes Magnetfeld zwischen dem Giessvorgang und dem Abziehen der Folie.Orientation of the hard magnetic powder particles by an external magnetic field between the casting process and the removal of the film.
Besonders bevorzugt ist eine Orientierung vor der Verfestigung des gegossenen Films. Partikel aus einem anisotropen Material können sich hierbei im externen Magnetfeld ausrichten, so dass eine anisotrope Magnetfolie erhalten wird. 4Orientation prior to solidification of the cast film is particularly preferred. Particles made of an anisotropic material can align themselves in the external magnetic field, so that an anisotropic magnetic film is obtained. 4
Die Magnetisierung und gegebenenfalls Ausrichtung können vorzugsweise mittels eines gepulsten Magnetfeldes vorgenommen werden. Hierdurch können mit Elektromagneten hohe Feldstärken bei geringem Energieverbrauch erreicht werden. Besonders leicht orientierbare hartmagnetische Pulverteilchen können auch im Luftspalt eines geeigneten Dauermagnetjoches orientiert werden.The magnetization and optionally alignment can preferably be carried out by means of a pulsed magnetic field. As a result, high field strengths can be achieved with low energy consumption using electromagnets. Hard magnetic powder particles that are particularly easy to orientate can also be oriented in the air gap of a suitable permanent magnet yoke.
Als hartmagnetisches Pulver wird vorzugsweise eine Seltenerdlegierung eingesetzt.A rare earth alloy is preferably used as the hard magnetic powder.
Besonders bevorzugt sind Seltenerdlegierungen der allgemeinen Formeln SECo5, (SE)2(Co, Fe,Cu,Zr)17 oder (SE)2Fe14B, worin SE für eines oder mehrere der Elemente Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb oder Lu steht.Rare earth alloys of the general formulas SECo 5 , (SE) 2 (Co, Fe, Cu, Zr) 17 or (SE) 2 Fe 14 B, in which SE is one or more of the elements Y, La, Ce, Pr, Nd, are particularly preferred , Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb or Lu.
Als Polymermaterial wird vorzugsweise lösliches Polyvinylidenfluorid (-Copolymer) eingesetzt. Ein bevorzugtes flüchtiges Lösungsmittel für lösliches Polyvinylidenfluorid (-Copolymer) ist Aceton.Soluble polyvinylidene fluoride (copolymer) is preferably used as the polymer material. A preferred volatile solvent for soluble polyvinylidene fluoride (copolymer) is acetone.
Das umlaufende Giessband besteht vorzugsweise aus mattiertem Edelstahl.The continuous casting belt is preferably made of matt stainless steel.
Eine Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemässen Magnetfolie ist in Abbildung 1 dargestellt. Die eigentliche Giessvorrichtung umfasst einen temperierbaren Vorratsbehälter 1 mit Rührvorrichtung für die Giesslösung bzw. -dispersion, eine regelbare Förderpumpe 2, eine Filtereinrichtung 3 zum Abtrennen von Agglomeraten und den Giesser 4. Die Giesslösung bzw. -dispersion wird auf ein endloses Giessband 5 gegossen, welches über Walzen 6, 7 umläuft und von Heizelementen 8 indirekt beheizt wird. Das Giessband wird über eine der Walzen, welche mit einem geschwindigkeitsgeregelten Antrieb 16 versehen ist, angetrieben. Eine Kühlvorrichtung 9 kühlt gegebenenfalls die Magnetfolie 11 vor dem Abziehen vom Giessband mittels einer Abnahmevorrichtung 10. Zur Entfernung von verbleibenden Lösungsmittelresten kann die Magnetfolie gegebenenfalls vor dem Aufwickeln auf einen Wickeldorn 13 einer Nachtrocknung in einer Trockenstrecke 12 unterzogen werden, wobei die Folie vorteilhaft von einer Trägerbahn 14 unterstützt wird. Die Trägerbahn kann gegebenenfalls auch als Trennfolie dienen und zusammen mit der Magnetfolie aufge- 5 wickelt werden (nicht abgebildet). Zur Magnetisierung der Folie ist vorteilhaft ein Elektromagnet oder Dauermagnetjoch 17 in geringem Abstand über dem Giessband angebracht. Die gesamte Giess- und Trockenvorrichtung ist vorteilhaft von einem Gehäuse 15 umgeben, welches Wärmeverluste verringert und in Kombination mit einer Absaug- und Filter- Vorrichtung die Belastung der Produktionsräume durch Lösungsmitteldämpfe verhindert. Als Förderpumpen 2 können beispielsweise Zahnradpumpen oder Schlauchpumpen eingesetzt werden.An apparatus for producing the magnetic film according to the invention is shown in Figure 1. The actual pouring device comprises a temperature-controllable storage container 1 with a stirring device for the pouring solution or dispersion, a controllable feed pump 2, a filter device 3 for separating agglomerates and the pourer 4. The pouring solution or dispersion is poured onto an endless pouring belt 5, which revolves over rollers 6, 7 and is heated indirectly by heating elements 8. The casting belt is driven via one of the rollers, which is provided with a speed-controlled drive 16. A cooling device 9, if necessary, cools the magnetic film 11 before it is pulled off the casting belt by means of a removal device 10. To remove remaining solvent residues, the magnetic film can optionally be subjected to post-drying in a drying section 12 before being wound up on a winding mandrel 13, the film advantageously from a carrier web 14 is supported. The carrier web can optionally also serve as a separating film and can be applied together with the magnetic film. 5 can be wrapped (not shown). To magnetize the film, an electromagnet or permanent magnet yoke 17 is advantageously mounted at a short distance above the casting belt. The entire pouring and drying device is advantageously surrounded by a housing 15, which reduces heat losses and, in combination with a suction and filter device, prevents the load on the production rooms from solvent vapors. Gear pumps or peristaltic pumps, for example, can be used as feed pumps 2.
Der Giesser 4 kann sowohl als Druckgiesser, bei dem die Giesslösung durch die Förderpumpe 2 mit erhöhtem Druck direkt dem Giessspalt zugeführt wird, als auch als offener Abstreifgiesser, der allein mit hydrostatischem Druck arbeitet, ausgebildet sein. In beiden Fällen wird durch entsprechende Regelung der Pumpenleistung vorteilhaft der Druck bzw. die Füllhöhe konstant gehalten. Die Foliendicke wird im wesentlichen von der Weite des Giessspaltes zwischen Giesser 4 und Giessband 5 bestimmt. Die Huizeinrichtungen 8 führen die Wärme vorzugsweise als Strahlungswärme zu. Zur Unterstützung des Trocknungsprozesses und zur Abfuhr der Lösungsmitteldämpfe wird vorteilhaft erwärmte Luft zugeführt. Weiterhin ist es möglich, die Wärme beispielsweise über beheizte Walzen auf das Giessband zu übertragen oder dieses durch direkten Stromdurchgang oder induktiv zu erwärmen. Schliesslich kann auch der gegossene Film durch Mikrowellenenergie erwärmt werden. Zur Erhöhung der Festigkeit der Magnetfolie vor der Abnahme vom Giessband wird diese vorteilhaft gekühlt. Zu diesem Zweck kann die Giessvorrichtung mit einer oder mehreren Einrichtungen zur Kühlung 9 versehen sein. Diese können beispielsweise als kühlbare Trommeln oder Walzen, über welcher das Giessband 5 geführt wird, ausgebildet sein, so dass die Kühlung indirekt erfolgt. Andererseits sind auch Einrichtungen zur direkten Kühlung der Folie möglich, beispielsweise in Form geeignet angeordneter Düsen zum Aufblasen von Kaltluft oder anderen Kühlmedien. Selbstverständlich ist auch eine Kombination beider Massnahmen möglich.The pourer 4 can be designed both as a die-casting machine, in which the casting solution is supplied directly to the casting gap by the feed pump 2 with increased pressure, and also as an open stripper, which works solely with hydrostatic pressure. In both cases, the pressure or the fill level is advantageously kept constant by appropriate control of the pump output. The film thickness is essentially determined by the width of the casting gap between the caster 4 and the casting belt 5. The heating devices 8 preferably supply the heat as radiant heat. Warm air is advantageously supplied to support the drying process and to remove the solvent vapors. It is also possible to transfer the heat to the casting belt, for example via heated rollers, or to heat it by direct current passage or inductively. Finally, the cast film can also be heated by microwave energy. To increase the strength of the magnetic film before it is removed from the casting belt, it is advantageously cooled. For this purpose, the casting device can be provided with one or more cooling devices 9. These can be designed, for example, as coolable drums or rollers, over which the casting belt 5 is guided, so that the cooling takes place indirectly. On the other hand, devices for direct cooling of the film are also possible, for example in the form of suitably arranged nozzles for inflating cold air or other cooling media. A combination of both measures is of course also possible.
Da die erfindungsgemässe Magnetfolie eine relativ geringe Zugfestigkeit aufweist, ist die Abnahmevorrichtung 10 zweckmässig so ausgebildet, dass kein übermässiger Zug auf die Folie ausgeübt wird, welcher zu einer unerwünschten Verstreckung oder gar zum Reissen der Folie führen könnte. Vorteilhaft besteht die Abnahmevorrichtung aus einer Walze oder 6 einem Walzenpaar, das eine kontrollierte Zugspannung auf die Folie ausübt und vorzugsweise so angeordnet ist, dass sich ein Abnahmewinkel von 15° bis 45° ergibt. Anstelle der Aufwickelvorrichtung 13 k-ann alternativ auch eine Schneide- und Stapelvorrichtung vorgesehen werden, um die Folie als Bogenstapel abzulegen.Since the magnetic film according to the invention has a relatively low tensile strength, the removal device 10 is expediently designed such that no excessive pull is exerted on the film, which could lead to undesired stretching or even tearing of the film. The removal device advantageously consists of a roller or 6 a pair of rollers which exerts a controlled tensile stress on the film and is preferably arranged in such a way that a take-off angle of 15 ° to 45 ° results. Instead of the winding device 13, a cutting and stacking device can alternatively be provided in order to deposit the film as a stack of sheets.
Die folgenden Beispiele verdeutlichen die Herstellung und die Eigenschaften der erfindungsgemässen Magnetfolie.The following examples illustrate the production and the properties of the magnetic film according to the invention.
Beispiel 1example 1
In Aceton wurden 8,7 Teile lösliches Polyvinylidenfluorid-Copolymer (SOLEF® 21508/1001, Hersteller: Solvay Kunststoffe), 1,4 Teile Netzmittel (Disperbyk® 180, Hersteller: Byk Chemie) und 89,9 Teile Sm2(Co,Cu,Fe,Zr)I7-Magnetpulver (VACOMAX® 240, Hersteller: Vacuumschmelze GmbH) gelöst bzw. dispergiert. Das Magnetpulver war in einer Strahlmühle unter Stickstoff gemahlen und zur Entfernung von Überkorn durch ein 80 μm-Sieb gesiebt worden. Gemäss Siebanalyse entfielen 60 Massen-% auf Teilchen <25 μm und 1,8 Massen-% auf Teilchen >40 μm. Die mittlere Teilchengrösse wurde zu 10 μm bestimmt. Der gesamte Feststoffanteil der so erhaltenen Giesslösung betrug 78,3 Massen-%, der Volumenanteil des Magnetpulvers nach dem Trocknen ca. 63%>. Mit der vorstehend beschriebenen Giessvorrichtung wurde eine Folie von 120-140 μm Dicke hergestellt. Die so erhaltene Folie hatte eine Dichte von 2,9-3,3 g/cm3. Durch Variation der Giessspaltbreite und des Magnetpulvergehalts wurden weiterhin Folien von 220-230 μm Dicke und 230-235 μm Dicke mit Dichten von 3,6-3,7 g/cm3 bzw. 4,0-4,1 g/cm3 herge- stellt. Die Folien besassen eine Remanenz von 0,2-0,29 T bei Koerzitivfeldstärken vonIn acetone 8.7 parts of polyvinylidene fluoride copolymer were soluble (SOLEF ® 21508/1001, manufactured by Solvay Plastics), 1.4 parts of wetting agent (Disperbyk ® 180, manufactured by Byk Chemie) and 89.9 parts of Sm 2 (Co, Cu , Fe, Zr) I7 magnetic powder (VACOMAX ® 240, manufacturer: Vacuumschmelze GmbH) dissolved or dispersed. The magnetic powder was ground in a jet mill under nitrogen and sieved through an 80 μm sieve to remove oversize particles. According to sieve analysis, 60% by mass were particles <25 μm and 1.8% by mass were particles> 40 μm. The mean particle size was determined to be 10 μm. The total solids content of the casting solution thus obtained was 78.3% by mass, the volume fraction of the magnetic powder after drying was approx. 63%>. A film with a thickness of 120-140 μm was produced using the casting device described above. The film thus obtained had a density of 2.9-3.3 g / cm 3 . By varying the casting gap width and the magnetic powder content, films with a thickness of 220-230 μm and a thickness of 230-235 μm with densities of 3.6-3.7 g / cm 3 and 4.0-4.1 g / cm 3 were also obtained - poses. The foils had a remanence of 0.2-0.29 T with a coercive field strength of
10,6 kOe. Die Entmagnetisierungskurven der beispielgemässen Folien sind in Abbildung 2 dargestellt. 710.6 kOe. The demagnetization curves of the exemplary films are shown in Figure 2. 7
Beispiel 2Example 2
Es wurde verfahren wie in Beispiel 1 beschrieben, jedoch wurde anstelle des Sm2(Co,Cu,Fe,Zr)17-Magnetpulvers ein NdFeB-Magnetpulver eingesetzt. Die so erhaltene Magnetfolie hatte eine Dicke von 315 μm, eine Dichte von 4,11 g/cm3 und eine Remanenz von 0,35 T bei einer Koerzitivfeldstärke von 11,4 kOe. Die Entmagnetisierungskurve dieser Folie ist in Abbildung 3 dargestellt.The procedure was as described in Example 1, but an NdFeB magnet powder was used instead of the Sm 2 (Co, Cu, Fe, Zr) 17 magnet powder. The magnetic film thus obtained had a thickness of 315 μm, a density of 4.11 g / cm 3 and a remanence of 0.35 T with a coercive field strength of 11.4 kOe. The demagnetization curve of this film is shown in Figure 3.
Beispiel 3Example 3
Es wurde wie in Beispiel 2 verfahren, jedoch wurde ein anisotropes NdFeB-Magnetpulver des Typs MAGNEQUENCH® MQP-T verwendet und die Folie nach 0,5 min Trocknungszeit einem Magnetfeld von 2,4—2,9 kOe parallel zur Oberfläche ausgesetzt, so dass sich die Pulverteilchen in der noch nicht verfestigten Folie ausrichten konnte. Die fertige anisotrope Folie hatte eine Dicke von 333 μm, eine Dichte von 4,0 g/cm3, eine Remanenz von 0,505 T parallel zur Oberfläche und eine Koerzitivfeldstärke von 11,5 kOe. Die Entmagnetisierungskurve dieser Folie ist in Abbildung 4 dargestellt.The procedure was as in Example 2 except that an anisotropic NdFeB magnet powder of the type Magnequench MQP-T ® was used, and the film exposed after 0.5 min drying time, a magnetic field of 2.4-2.9 kOe parallel to the surface, so that could align the powder particles in the not yet solidified film. The finished anisotropic film had a thickness of 333 μm, a density of 4.0 g / cm 3 , a remanence of 0.505 T parallel to the surface and a coercive field strength of 11.5 kOe. The demagnetization curve of this film is shown in Figure 4.
Beispiel 4Example 4
Es wurde analog zu Beispiel 1 verfahren (Magnetpulver: VACOMAX® 240), jedoch wurde die Folie nach 0,5 min Trocknungszeit zur Ausrichtung der anisotropen Pulverteilchen gepulsten externen Magnetfeldern parallel zur Oberfläche ausgesetzt. Die Feldstärke wurde zwischen 15 kOe (12 kA/cm) und 45 kOe (36 kA/cm) variiert. Die Entmagnetisierungs- kurven der so erhaltenen anisotropen Magnetfolien sind zusammen mit derjenigen einer entsprechenden isotropen Folie in Abbildung 5 dargestellt. Es zeigt sich, dass die Remanenz parallel zur Oberfläche von 0,26 T bei der isotropen Folie bis auf 0,46 T nach einer Ausrichtung bei 45 kOe steigt. Die entsprechenden Werte nach Ausrichtung bei 15 kOe, 20 kOe und 30 kOe betragen 0,37 T, 0,41 T und 0,43 T. Durch die Ausrichtung der Pulverteilchen mit Magnetfeldpulsen parallel zur Folienoberfläche wird der 8The procedure was analogous to Example 1 (magnetic powder: VACOMAX ® 240), but after 0.5 min drying time the film was exposed to external magnetic fields pulsed to align the anisotropic powder particles parallel to the surface. The field strength was varied between 15 kOe (12 kA / cm) and 45 kOe (36 kA / cm). The demagnetization curves of the anisotropic magnetic foils thus obtained are shown in Figure 5 together with that of a corresponding isotropic foil. It can be seen that the remanence increases parallel to the surface from 0.26 T for the isotropic film to 0.46 T after alignment at 45 kOe. The corresponding values after alignment at 15 kOe, 20 kOe and 30 kOe are 0.37 T, 0.41 T and 0.43 T. By aligning the powder particles with magnetic field pulses parallel to the film surface, the 8th
Orientierungsgrad f0 von 0,5 bei der isotropen Magnetfolie bis auf 0,95 verbessert. Die Koerzitivfeldstärke nimmt aufgrund der verbesserten Orientierung von 11,5 kOe bei der isotropen Magnetfolie auf ca. 9 kOe bei den anisotropen Magnetfolien ab. Degree of orientation f 0 improved from 0.5 for the isotropic magnetic foil to 0.95. The coercive field strength decreases due to the improved orientation from 11.5 kOe for the isotropic magnetic foil to approx. 9 kOe for the anisotropic magnetic foil.

Claims

9Patentansprüche 9 Patent claims
1. Trägerfreie hartmagnetische Folie, bestehend aus aus einer Polymermatrix und einem darin verteilten hartmagnetischen Pulver mit einer mittleren Teilchengrösse von weniger als 100 μm, vorzugsweise weniger als 20 μm.1. A carrier-free hard magnetic film consisting of a polymer matrix and a hard magnetic powder distributed therein with an average particle size of less than 100 μm, preferably less than 20 μm.
2. Folie nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dicke von 50 bis 2000 μm, vorzugsweise 100 bis 500 μm.2. Film according to claim 1, characterized by a thickness of 50 to 2000 microns, preferably 100 to 500 microns.
3. Folie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenanteil des hartmagnetischen Pulvers wenigstens 50% beträgt.3. Film according to claim 1 or 2, characterized in that the volume fraction of the hard magnetic powder is at least 50%.
4. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie als hartmagnetisches Pulver wenigstens eine Seltenerdlegierung enthält.4. Foil according to one of claims 1 to 3, characterized in that it contains at least one rare earth alloy as a hard magnetic powder.
5. Folie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Seltenerdlegierung eine Legierung der allgemeinen Formel SECo5, (SE)2(Co, Fe,Cu,Zr)17 oder (SE)2Fe14B, worin SE für eines oder mehrere der Elemente Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb oder Lu steht, enthält.5. Foil according to claim 4, characterized in that it is a rare earth alloy, an alloy of the general formula SECo 5 , (SE) 2 (Co, Fe, Cu, Zr) 17 or (SE) 2 Fe 14 B, wherein SE is for one or contains several of the elements Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb or Lu.
6. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix im wesentlichen aus löslichem Polyvinylidenfluorid besteht.6. Film according to one of claims 1 to 5, characterized in that the polymer matrix consists essentially of soluble polyvinylidene fluoride.
7. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die hartmagne- tischen Pulverteilchen parallel oder senkrecht zur Folienoberfläche ausgerichtet sind.7. Film according to one of claims 1 to 6, characterized in that the hard magnetic powder particles are aligned parallel or perpendicular to the film surface.
8. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine magnetische Remanenz von 0,2 bis 0,8 T besitzt.8. Film according to one of claims 1 to 7, characterized in that it has a magnetic remanence of 0.2 to 0.8 T.
9. Verfahren zur Herstellung einer hartmagnetischen Folie gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens die Schritte (i) Herstellung einer Dispersion eines hartmagnetischen Pulvers mit einer mittleren 109. A method for producing a hard magnetic film according to claim 1, characterized in that it comprises at least steps (i) producing a dispersion of a hard magnetic powder with a medium one 10
Teilchengrösse von weniger als 100 μm, vorzugsweise weniger als 20 μm, in einer Lösung oder Dispersion eines Polymermaterials in einem flüchtigen Lösungsmittel, (ii) Giessen der Dispersion des hartmagnetischen Pulvers als Film definierter Dicke auf ein umlaufendes Giessband,Particle size of less than 100 μm, preferably less than 20 μm, in a solution or dispersion of a polymer material in a volatile solvent, (ii) pouring the dispersion of the hard magnetic powder as a film of a defined thickness onto a rotating casting belt,
(iii) Verdampfen des Lösungsmittels und(iii) evaporating the solvent and
(iv) Abziehen der so gebildeten Folie vom Giessband umfasst.(iv) pulling off the film thus formed from the casting belt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Giessvor- gang (ii) und dem Abziehen der Folie (iv) die Partikel des hartmagnetischen Pulvers durch ein externes Magnetfeld magnetisiert und orientiert werden.10. The method according to claim 9, characterized in that between the casting process (ii) and the removal of the film (iv), the particles of the hard magnetic powder are magnetized and oriented by an external magnetic field.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierung und Oxientierung erfolgt, bevor sich der gegossene Film verfestigt hat.11. The method according to claim 10, characterized in that the magnetization and oxygenation takes place before the cast film has solidified.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Magnetfeld gepulst wird.12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the external magnetic field is pulsed.
13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Magnetfeld durch ein Dauermagnetjoch erzeugt wird.13. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the external magnetic field is generated by a permanent magnet yoke.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als hartmagnetisches Pulver eine Seltenerdlegierung eingesetzt wird.14. The method according to any one of claims 9 to 13, characterized in that a rare earth alloy is used as the hard magnetic powder.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Seltenerdlegierung eine Legierung der allgemeinen Formel SECo5, (SE)2(Co,Fe,Cu,Zr)17 oder (SE)2Fe14B, worin SE für eines oder mehrere der Elemente Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb oder Lu steht, eingesetzt wird.15. The method according to any one of claims 9 to 14, characterized in that an alloy of the general formula SECo 5 , (SE) 2 (Co, Fe, Cu, Zr) 17 or (SE) 2 Fe 14 B, in which SE stands for one or more of the elements Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb or Lu.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Polymermaterial lösliches Polyvinylidenfluorid eingesetzt wird. 1 116. The method according to any one of claims 9 to 15, characterized in that soluble polyvinylidene fluoride is used as the polymer material. 1 1
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als flüchtiges Lösungsmittel Aceton eingesetzt wird. 17. The method according to claim 16, characterized in that acetone is used as the volatile solvent.
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